基于L-系统的虚拟植物生长模型设计

现代农业发展需要植物生长模拟技术的支持,而迅速发展起来的虚拟植物模拟也成为研究作物生长领域的一个热点。为此,研究了L-系统方法用于描述虚拟植物生长的表达机制。基于植物形态的分形特征,采用L-系统方法,在虚拟植物生长方面,结合计算机图形学技术的有力支持,对植物生长过程进行了模拟研究。     

基于图像处理技术的作物叶片检测模型研究

计算机图像处理技术在农业上的应用,目前越来越受到人们的重视。作物叶片检测也是图像处理的基本内容。为此,主要研究了作物叶片虚拟检测模型,对作物叶片虚拟检测模型的流程和功能进行了介绍;同时,对作物的生长信息进行表现、组织和管理,形象和精确地帮助人们采取合理的生产措施,为作物的产量预报和管理提供科学的依据。     

基于L系统的大豆根系模拟研究

随着虚拟植物研究的不断深入,对于虚拟植物研究的重点也从地上部分转入地下部分.根系是植物最重要的器官之一,在植物整个生长发育、生理功能和物质代谢中发挥着重要作用,因此对植物根系进行虚拟研究具有重要意义.为此,以大豆为例,通过对大豆根系形态及生长特点的分析,探讨了使用L系统进行大豆根系虚拟建模的方法,并在Visual C 环境下进行了算法实现.     

虚拟植物模型及可视化的研究

虚拟植物生长是农业信息技术和计算机图形学领域中主要研究的课题之一。虚拟植物生长就是在计算机上仿真模拟植物在三维空间的生长过程,在农林业等领域有着广阔的应用前景。为此,论述虚拟植物生长模型的分类和生成植物图形的方法,介绍了植物虚拟生长的研究现状。     

基于植株-环境交互的温室黄瓜虚拟生长模型研究

以温室黄瓜生长为例,对实验观测数据进行预处理并采用关联分析法获取植株-环境互作信息,依据作物发育动态理论模型建立了植株-环境的信息响应模型和信息反馈模型,再从植株生长的系统变化过程对相关模型进行耦合。运用规则化处理方法与面向对象技术建立植株拓扑演变模型与器官形态发生模型,并构建虚拟植物动态模型。实验表明,模型拟合度均达到95%以上,能较好地虚拟外部环境作用下的植物生长发育,为动态掌握和预测适宜植物生长的温室环境条件提供依据。     

植物根系竞争生长的三维可视化模拟

基于Simroot模拟系统的数学理论,结合Visual C++编程工具和OpenGL三维图形库技术,建立了一个虚拟植物根系竞争生长的三维可视化模拟系统.通过对作物大豆的根系竞争生长的模拟表明:本系统能够形象逼真地显现植物根系竞争生长的形态结构和生物特性,具有良好的通用性和适用性.     

基于时控L系统的虚拟植物生长三维结构模型

表现出植物生长过程的连续性,有效地描述植物根与冠两者间在生长速度上的关系,对虚拟植物生长模型研究有重要意义.为此,用时控L系统来描述植物的拓扑结构以及生长连续性的条件,依据异速生长模型和植物生长函数描述植物根与冠的生长关系,构建了基于时控L系统的虚拟植物生长三维结构模型.同时,通过对PlantVR平台的植物生长构建规则进行改进,实现了该模型在此平台上的仿真.仿真实验表明:该模型能够清晰地表现植物生长过程的连续性,有效地描述植物根与冠两者间在生长速度上的关系,并对植物生长可视化有一定的借鉴意义.     

植物耐盐生理机制及抗盐性

盐胁迫影响作物生长,导致产量降低,因此,提高作物耐盐性对农业生产具有重要意义。本文概述盐胁迫对植物的影响,对植物耐盐机制和植物抗盐性进行综述。查阅相关资料,提出能提高植物耐盐性的途径,为今后植物抗盐研究和抗盐植物育种与生产提供科学理论依据。     

机器视觉技术在设施农业环境调控中的应用

计算机技术的快速发展推动了现代控制技术在设施农业中的应用。为此,综述了国内外将机器视觉技术用于植物生长信息检测的研究进展,认为通过机器视觉技术获取作物生长信息,结合现代智能控制策略及先进的调控设施研究植物的生理特性,可为作物提供理想的生长环境,提高作物的产量、质量与经济效益,是极具时代意义的研究领域。     

基于骨架模型的玉米生长运动仿真与动画生成技

为了实现作物生长过程的定量化、可视化表达,提出了一种由作物形态结构特征参数驱动的作物骨架模型生长运动仿真和动画生成方法.基于对作物器官及个体精确定义的几何模型提取作物骨架,利用几何模型参数控制骨架上关节点的运动,结合参数关键帧插值技术确定整个骨架模型的生长运动,实现对作物生长运动的可视化模拟.从而构建一个虚拟作物骨架模型的三维生长动画系统,并以玉米为例进行了模拟.实验结果表明该方法能够较准确地模拟玉米植株的形态建成和运动特征,为真实、自然地模拟作物生长提供了一种可控、通用的方法.     

石羊河流域农产品虚拟水细分研究

采用Penman公式计算作物需水量,根据作物需水量、作物生育期有效降雨量、农产品单产等计算农产品中含虚拟水、虚拟蓝水和虚拟绿水量,并以石羊河流域为例进行实证研究。通过对比分析石羊河流域不同区域主要农产品中含虚拟水量及组成,从提高绿水利用率角度,提出凉州区应增加水果的种植面积,民勤县应增加棉花的种植面积,古浪县应增加玉米和水果的种植面积,天祝县应增加小麦的种植面积,金川区应增加棉花的种植面积,永昌县应增加玉米和水果的种植面积。虚拟水的细分研究可为区域农业水资源优化配置提供参考。     

作物行识别算法的虚拟试验方法

针对作物行识别算法的传统开发过程对田间作物生长周期依赖性较强,错过适当的田间图像采集时期将直接导致算法开发周期延长等问题,提出一种基于虚拟场景的作物行识别算法测试方法,即在虚拟环境下模拟农田作物行场景和图像采集系统,运用虚拟作物行图像测试作物行的识别算法。该方法在虚拟现实环境下建立作物行场景模型;提出一种融合建模法,根据作物和杂草的几何特征建立对应的三维几何模型;根据实际田间作物的空间分布特征,建立株距、行距可调的田间作物行模型;以Vega Prime为视景仿真工具,通过配置投影模式、渲染模式、视点位姿和图像采集规格,构建图像采集系统,输出作物行场景图像。以苗期棉花作物行为建模对象,对一种经过田间试验验证的双目视觉作物行识别算法进行测试试验。对比实际棉田图像对应的试验结果,同一作物行识别算法的识别正确率、偏差角和图像处理时间均相近。结果表明,本文建立的虚拟棉田作物行与实际棉田作物行场景相近,能够用于作物行识别算法的测试。     

基于构造体系的植物生长定量化研究

通过分析植物的形态生理特性,从植物形态结构的构造体系出发,着重对植物的拓扑结构及其节间、叶片等器官形态变化进行了定量描述,并提出了一种虚拟植物模型构建方法。通过实例可视化验证,表明该模型能有效地模拟植物的生长发育过程。     

基于VRML的交互式农田三维虚拟场景的设计与实现

介绍了构建交互式农田虚拟现实场景的关键技术,利用VRML技术设计了交互式农田虚拟现实的场景环境原型,详述了模型开发过程中的建模、转换、装饰和交互等关键技术.用户可以直接与农田虚拟现实场景中的农作物、地块和道路等事物交互,产生身临其境的效果,从而使用户在虚拟空间中得到与自然世界同样的感受,并为农业装备的虚拟试验提供了接口和场景空间.     

基于Open-L系统及递归表示的虚拟植物模型

构建符合植物学规律的虚拟植物模型是动态模拟植物生长发育的基础.为增强Open-L系统功能及克服其应用时的繁琐与不足,建立了植物与其生长环境的信息交互模型,并采用Open-L系统的递归表示来构建虚拟植物模型.通过实例验证表明,该模型能有效地模拟植物受外部环境作用下的生长过程.     

基于田间实际耗水的作物生产水足迹

为了衡量田间尺度粮食生产对资源的真实利用,基于水足迹及作物耗水理论,提出基于作物实际耗水的农作物生产水足迹计算方法,并以陕西关中的小麦、玉米为研究对象,对1998,2005及2010年的生产水足迹进行了计算.结果显示：同一年份同一作物不同地区间耗水量具有较大差异,同时,关中地区3个代表年份平均小麦、玉米耗水量分别比需水量小16.2%和12.4%;小麦、玉米生产水足迹有减小趋势,代表年平均值分别为0.96,0.77 m^3/kg;各地区小麦虚拟水中蓝水比例在10%-40%,玉米则在20%-50%范围内变化,且年际、地区间的蓝水占有比例均无明显变化趋势;3个代表年小麦、玉米的总水足迹之和分别为70.1,59.8及60.7亿m3,均大于当地的水资源总量,其中蓝水所占比例均值为29.1%.基于作物实际耗水的作物生产水足迹的计算对基于水足迹和虚拟水贸易的科学研究及政策制定均有重要意义.     

虚拟植物的研究进展

植物的形态结构是生命物质最突出的特征之一,在很大程度决定了生命物质的功能特性。人们从科学研究的视角来定量地描绘植物,但由于研究手段的匮乏而受到制约。近年来,信息技术的飞速发展为植物形态结构的研究带来了全新的数据采集和数据表达方法,从而产生了一个新的研究领域—虚拟植物。为此,通过概述虚拟植物的特征意义,从植物的生理生态过程和形态结构的角度描述了虚拟植物的模拟方法;简述了国内外研究现状及虚拟植物研究的新趋势;同时还介绍了GreenLab模型的基本概念。